劉金金,張玉平,張 丹,孫振中,李曉蓓,晏 軍,趙 冉,張 芬,周 軒

(上海市水產(chǎn)研究所,上海 200433)

浮游植物是池塘生態(tài)系統(tǒng)中重要的初級(jí)生產(chǎn)力，是養(yǎng)殖對(duì)象重要的食物來(lái)源[1-2]。藻類的生長(zhǎng)狀況影響?zhàn)B殖水體的水質(zhì)演化，其過(guò)度繁殖可能產(chǎn)生水華，惡化水質(zhì)，甚至其分泌的藻毒素會(huì)威脅到養(yǎng)殖對(duì)象的健康及品質(zhì)[3-4]。葉綠素a(Chl.a)是浮游植物現(xiàn)存量的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)[5]，其含量高低與水環(huán)境質(zhì)量密切相關(guān)[6]，已有眾多學(xué)者在此方面做了大量研究，研究主體主要為湖泊、水庫(kù)、河流等水體[7-10]，池塘養(yǎng)殖水體因其半封閉性、人為干涉頻繁等特點(diǎn)，水環(huán)境因子復(fù)雜多變，與Chl.a之間的關(guān)系更加復(fù)雜，相關(guān)方面的研究相對(duì)較少[3-11]。

目前，池塘養(yǎng)殖水體中Chl.a與水環(huán)境因子間相關(guān)關(guān)系的分析方法主要為多元線性回歸分析、灰色關(guān)聯(lián)分析、主成分分析以及模糊綜合評(píng)價(jià)[12-14]，其中模糊綜合評(píng)價(jià)法和灰色聚類分析等方法本身存在對(duì)指標(biāo)評(píng)價(jià)的主觀性判斷和信息丟失的問(wèn)題[15]，而通過(guò)主成分分析簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)信息，剔除部分不適合因子后再逐步建立多元回歸方程的方法所需數(shù)據(jù)量大，計(jì)算繁瑣，且得到的結(jié)果較難一致性地描述因子間的關(guān)系和規(guī)律[16]，因此尋求一種簡(jiǎn)便、高效而又科學(xué)客觀的分析方法顯得尤為重要。通徑分析是一種可處理較為復(fù)雜數(shù)據(jù)間變量關(guān)系的線性回歸分析方法，通徑系數(shù)可有效分析相關(guān)變量之間影響的直接或間接效應(yīng)，決定系數(shù)可反映出自變量對(duì)因變量的作用大小。通徑分析比模糊綜合分析和灰色關(guān)聯(lián)分析更為全面，比主成分分析法在數(shù)據(jù)需求量上更少，在計(jì)算操作上更加便捷，是一種相對(duì)較方便且有效的分析方法，但該方法多用于分類學(xué)，在養(yǎng)殖水環(huán)境中的應(yīng)用還極少見(jiàn)。以上海市淡水魚(yú)池塘養(yǎng)殖水體水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用通徑分析方法研究魚(yú)塘水體中Chl.a與水環(huán)境因子間的關(guān)系，探討魚(yú)塘水體中影響Chl.a含量變化的主要因素，并建立具有針對(duì)性的多元回歸方程，以期能夠更加全面地研究池塘水體中環(huán)境因子間的內(nèi)在影響規(guī)律，從而為上海地區(qū)淡水魚(yú)塘的生態(tài)養(yǎng)殖提供一定科學(xué)論據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

表1 上海市淡水魚(yú)養(yǎng)殖場(chǎng)采樣池塘養(yǎng)殖信息匯總表

1.2 水質(zhì)測(cè)定

1.3 分析方法

利用SPSS statistics 19.0 軟件對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)和相關(guān)性分析。根據(jù)相關(guān)性系數(shù)(rij)矩陣建立正則方程組，利用高斯消元法得到各環(huán)境因子對(duì)Chl.a影響的直接通徑系數(shù)(Pi)。根據(jù)相關(guān)矩陣的組成原理，獲得各環(huán)境因子通過(guò)其他環(huán)境因子對(duì)Chl.a產(chǎn)生影響的間接通徑系數(shù)(∑rijPj)，依次對(duì)各水環(huán)境因子對(duì)Chl.a的影響展開(kāi)通徑分析，并計(jì)算各因子對(duì)Chl.a產(chǎn)生影響的決定系數(shù)(di)以及通過(guò)其他因子影響Chl.a的共同決定系數(shù)(dij)。最后通過(guò)檢驗(yàn)偏回歸系數(shù)剔除不顯著因子建立多元回歸方程，并對(duì)多元回歸模型進(jìn)行了假設(shè)性檢驗(yàn)。

(1)

相關(guān)系數(shù)的組成原理：rxiy=Pi+∑rijPj

(2)

(3)

共同決定系數(shù)(dij)的計(jì)算：

dij=2rij×Pi×Pj

(4)

2 結(jié)果與分析

2.1 魚(yú)塘水環(huán)境概況

魚(yú)塘水質(zhì)因子結(jié)果的描述性統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。水溫主要隨氣候變化，同一監(jiān)測(cè)時(shí)間內(nèi)池塘水體間差異不大，水體鹽度和pH也無(wú)較大差異，透明度和溶解氧的變化范圍稍大，但變異系數(shù)均小于50%，其中pH的數(shù)據(jù)離散程度最小，表明在淡水魚(yú)的養(yǎng)殖周期內(nèi)水體酸堿性均維持在一個(gè)較為穩(wěn)定的水平；氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮、總磷、活性磷等因子的變異系數(shù)大于85%，數(shù)據(jù)離散程度大，其中活性磷的數(shù)據(jù)離散程度最大。總氮和高錳酸鹽指數(shù)的變異系數(shù)在50%左右，數(shù)值變化范圍相對(duì)不大。

表2 淡水魚(yú)養(yǎng)殖池塘水環(huán)境因子描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果匯總

2.2 水環(huán)境因子間相關(guān)系數(shù)

表3 淡水魚(yú)池塘水環(huán)境因子間相關(guān)系數(shù)矩陣

附：r0.05(1,38)=0.320,r0.01(1,38)=0.413,上標(biāo)“*”顯著性相關(guān),“**”極顯著性相關(guān).

2.3 通徑分析

2.3.1 關(guān)鍵因子的篩選

表4 淡水魚(yú)池塘環(huán)境因子變化對(duì)Chl.a影響的通徑系數(shù)匯總

附：** 為極顯著水平，P<0.01;* 為顯著水平，P<0.05.

2.3.2 關(guān)鍵因子對(duì)Chl.a的通徑分析

表5 淡水魚(yú)池塘重要環(huán)境因子變化對(duì)Chl.a影響的通徑系數(shù)

表6 淡水魚(yú)池塘重要環(huán)境因子變化對(duì)Chl.a影響的決定系數(shù)匯總

2.4 多元回歸方程的建立

(5)

對(duì)多元回歸方程做方差分析(表7)，回歸系數(shù)達(dá)到極顯著水平(P<0.01)，擬合優(yōu)度(R=0.784)較高，方程理論上有效。利用所得回歸方程及四個(gè)自變量計(jì)算Chl.a，將計(jì)算值與實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，Chl.a的計(jì)算值與實(shí)測(cè)值之間滿足回歸方程：y=0.9889x+2.426，散點(diǎn)示意圖見(jiàn)圖1，表明利用上述多元回歸方程得到的Chl.a的計(jì)算值是可接受的。

表7 多元回歸方程的方差分析

圖1 Chl.a理論計(jì)算值與實(shí)測(cè)值間相關(guān)性散點(diǎn)分布圖

2.5 Chl.a與環(huán)境因子間的關(guān)系模型

經(jīng)過(guò)SPSS作相關(guān)分析得到池塘水體中各理化因子間相關(guān)性，簡(jiǎn)化關(guān)系圖見(jiàn)2(a)，具有顯著相關(guān)性的兩因子間由雙向箭頭連接，具極顯著相關(guān)性的兩因子間由加粗雙向箭頭連接。此圖可較直觀地顯示因子間相關(guān)性簡(jiǎn)況：各因子間相互作用、相互影響、相互制約；水體氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)間的相關(guān)性較為密集，反映水體基本狀況的指標(biāo)(如，t、pH、S等)間相關(guān)關(guān)系相對(duì)簡(jiǎn)單。同時(shí)此關(guān)系圖也存在明顯缺陷：環(huán)境因子間的相關(guān)性僅是各因子間互相作用的綜合表觀指示，并非兩因子直接作用的結(jié)果，且未能簡(jiǎn)明扼要地指出影響葉綠素a的關(guān)鍵因子和影響程度。

圖2 Chl.a與環(huán)境因子間的關(guān)系模型及優(yōu)化

3 討論

3.1 Chl.a與常規(guī)理化因子的關(guān)系

眾多研究認(rèn)為水溫是Chl.a含量變化的關(guān)鍵因子[18-19]，水溫可通過(guò)控制藻類細(xì)胞光合作用以及呼吸代謝速率影響Chl.a含量，兩者呈正相關(guān)關(guān)系，但這些研究的主體多集中在受人為影響較小的自然水域[20-21]，而在人為措施影響較多的養(yǎng)殖池塘中水溫對(duì)藻類生長(zhǎng)的影響程度相對(duì)被弱化[11]。當(dāng)自然水體中浮游植物大量繁殖時(shí)，水體中二氧化碳和氧氣被大量消耗和產(chǎn)生，水體pH和DO含量升高，Chl.a與pH和DO應(yīng)呈正相關(guān)關(guān)系[8]，但大量研究發(fā)現(xiàn)很多自然水體以及養(yǎng)殖水體中Chl.a含量的變化與pH和DO的關(guān)系并不是如此簡(jiǎn)單，畢京博等[18]對(duì)太湖水體的研究以及陳金玲等[22]對(duì)精養(yǎng)蝦池水體的研究結(jié)果均顯示Chl.a含量的變化與pH和DO呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與本文結(jié)果一致。分析其原因主要為養(yǎng)殖水體中較高含量的懸浮有機(jī)物分解以及生物呼吸導(dǎo)致O2的大量消耗，同時(shí)產(chǎn)生大量CO2， 掩蓋了藻類光合作用對(duì)pH和DO的影響。

3.2 營(yíng)養(yǎng)關(guān)鍵因子

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